수질관리 122회 1교시 문제 1 : ORP

문제 1. 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential)

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□ 실전 사례

- 실전 사례를 통해, 무미건조하고 재미없는 무작정 암기식 공부를 뛰어 넘어 보자. 

- 실전 사례는 기술사 답안 작성 시, 맨 마지막 결언 부분에 추가하여도 좋은 답안이 될 것이다.

 

□ 사례 : 수질관리 분야에서의 산화환원전위(ORP) 활용

1. 하수처리 공정 모니터링

    - 하수처리공정인 A2/0 공정에서 호기성 조건 및 무산소 및 혐기성 조건이 유지되고 있는지 확인

    - 호기성 조건인 경우 ORP는 200mV 이상, 혐기 및 무산소 조건인 경우 -200mV 이하

2. 산업폐수 무단방류 모니터링

    - 일반적으로 센서를 통해 수질변화를 모니터링 하는 경우, ORP는 가장 쉽게 선택할 수 있는 옵션 중 하나임

    - ORP 선택 이유 : 구축비 저렴, 설치 및 유지관리 용이, 수질변화에 빠른 응답성

    - 산업폐수의 무단방류를 모니터링 하기 위해, 해당 배출 관거 맨홀에 ORP 센서 부착하여 수질변화 모니터링

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□ 답안 작성 예시

답 1. 개요

- 산화환원전위는 산도를 표시하는 pH처럼 산화력 또는 환원력의 강도 표시

- 산화환원 정의 : 산화는 전자를 잃는 것, 환원은 전자를 얻는 것

- 산화환원계 : 산화형 물질과 환원형 물질을 포함한 혼합계를 산화환원계라 함

- 산화환원전위 측정의 목적 : 현재 계 내에서 일어나는 반응이 산화반응인지 환원반응인지의 여부와 세기 확인

답 2. 측정방법

- 전위차 발생 확인 : 산화환원계의 용액에 부활성인 백금전극을 담그면 전자는 그 전극으로부터 용액으로 또는 그 반대방향으로 이동하려는 경향 때문에 전위차 발생

→ 이 전위차를 산화환원전위라 하며, 표준수소 전극을 기준으로 한 값으로 표시(단위 : V, mV)

답 3. 산화환원전위의 이론

- 산화환원전위 Eh : Eh와 산화환원에 관여하는 물질의 활동도 간의 관계식

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- Eh는 표준수소전극이 나타내는 값을 0으로 할 때의 전위. E0는 표준산화환원전위(고유값), n은 반응에서 이동하는 전자의 mole수, T는 절대온도, F는 패러데이 상수, R은 기체상수이며, ln은 자연대수(2.3log)

- 또한 [Ox]는 산화상태 물질의 활동도, [Red]는 환원상태 물질의 활동도를 나타내며, 상기 식에 온도를 25℃, 자연대수를 상용대수로 바꾸어 각 상수를 대입하면

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- 상기 식에서 보듯이 산화환원전위 Eh는 산화 및 환원물질의 비율에 의해 값이 정해짐

- 산화상태 물질이 많아지면 Eh값이 높아지고, 반대로 환원상태 물질이 많아지면 Eh값이 낮아짐

- E0값은 [Ox] = [Red]인 경우